角接触球轴承动态接触特性有限元分析

利用有限元软件ANSYS,建立了高速精密角接触球轴承接触分析的三维有限元动态分析模型,对角接触球轴承在实际工况条件下的应力应变状况进行了有限元仿真分析,直观再现了轴承在工况条件下接触区的应力、应变状况。实例计算表明,有限元分析结果与解析计算结果吻合良好,从而验证了三维接触模型的网格划分、接触算法及边界条件的正确性。同时表明,有限元理论在处理接触问题时是有效的,为进一步研究角接触球轴承的使用性能提供了可靠基础数据。     

考虑受力因素的角接触球轴承接触动态分析

基于Hertz接触理论,提出了5自由度3D轴承模型在转速、摩擦、离心力和陀螺力矩作用下进行接触时的动力学分析方法。建立了轴承接触动力学模型,利用数值积分和数值仿真方法对其进行了时变位移和接触力振动分析。结果表明,考虑影响轴承振动位移的时变因素所获得的计算结果比用传统的轴承结合部等效参数计算结果要大,该方法有效地解决了轴承转速、摩擦等时变因素影响下的时变位移等问题。     

角接触球轴承的3D接触动态特性分析

基于弹性接触动力学理论,同时考虑转速,轴向力,径向力,摩擦力与离心力的影响,建立了轴承接触动力学模型,利用数值积分和数值仿真方法对其进行了时变的接触刚度、接触力和时变位移的振动分析.结果表明,考虑影响轴承振动位移的时变因素所获得的计算结果比用传统的轴承结合部等效参数计算结果要大,该方法有效地解决轴承转速、摩擦等时变因素影响下的时变位移等问题.仿真结果为机床主轴系统的动态设计和研究轴承的时变特性提供理论依据.     

基于球-滚道非完全接触状态下的球轴承载荷分布计算及刚度特性研究

针对非完全接触状态下的球轴承建模及特性分析,提出新的初始位置假设,并结合球-滚道接触状态判定准则建立了不同载荷(轴向、径向及联合载荷)条件下高速球轴承的通用分析模型。在此基础上,运用球轴承刚度矩阵解析计算方法,构建嵌套式Newton-Raphson迭代算法,实现上述模型求解,并针对不同工况条件下的球轴承的内部载荷分布及刚度特性展开分析。计算结果表明,所得结果相比于Jones-Harris模型更具合理性和适用性,且轴承内部载荷分布及刚度特性受轴承外部载荷条件及内部接触状态共同作用,轴承内部接触区滚珠个数随轴承间隙、外部载荷及转速大小变化而改变,进而引起轴承刚度突变。此外,适当增加轴向载荷可有效改善轴承内部载荷分布及增加接触区滚珠个数。     

滚动轴承接触问题的数学规划法

将滚动轴承的接触分析采用有限元弹性问题计算,可以获得一个与实验结果比较一致的解。本文通过讨论摩擦接触问题的本构模型,利用参变量分原理获得一个解有间隙带摩擦弹性接触问题的数学规划法。为使滚动轴承的接触分析更能符合实际情况,考虑轴承箱与外圈的摩擦,得到不同摩擦状况下轴承的接触区及接触力分布。从而为轴承接触问题分析提供了一个有效的数值方法。     

FSH型锥齿轮齿面接触分析

论述了FSH型锥齿轮接触分析的基本原理,包括接触路径的求法、初始点的确定、传动误差曲线的绘制方法和接触椭圆的求解方法,并以一对给定具体参数的齿轮副为例,用Matlab实现FSH锥齿轮的啮合仿真,得到齿面接触区和传动误差曲线.     

谐波减速器中薄壁轴承接触载荷-应力计算仿真研究

针对经典滚动轴承力学特性的研究大多基于刚性套圈的假设,但无法应用于谐波减速器中发生套圈变形的薄壁轴承问题,基于柔性套圈变形假设得到薄壁轴承接触载荷-应力计算模型,并通过ANSYS建立薄壁轴承柔-柔接触三维有限元仿真模型.分析薄壁轴承装配受载引起套圈变形后滚动体接触载荷分布规律,研究薄壁轴承滚动体-滚道非理想接触下滚动体接触载荷-应力计算模型,指出传统刚性套圈假设、切片法分析薄壁轴承载荷分布以及估算薄壁轴承接触应力的局限性.通过理论数值计算和仿真结果对比,验证了基于柔性套圈假设分析薄壁轴承接触载荷-应力计算及仿真结果的合理性、准确性.     

螺旋锥齿轮端面滚齿切齿计算及接触特性控制

分析了螺旋锥齿轮端面滚齿加工的齿面形成原理,推导了局部接触状态下端面滚齿加工切齿调整参数及刀盘参数的计算过程。提出了一种齿面接触特性控制方法,该方法能够根据需要在齿面上任意指定接触参考点的位置,并能对轮齿两面的接触状态同时进行控制。分析了接触特性控制参数对接触区形态参数的影响规律。分析结果表明刀倾角主要修正接触区长度以及传动误差,刀刃曲率主要修正接触区对角方向以及传动误差,且接触特性参数之间有相互制约关系。最后通过计算实例以及端面滚齿加工试验对接触特性控制方法及切齿调整计算算法进行了验证。     

两圆柱体结合面的法向接触刚度分形模型

法向接触刚度是影响接触体动力学性能的重要参数.法向接触刚度的计算主要有传统方法的Hertz接触理论和现代微观理论的法向接触刚度分形模型两种方法.为了准确地计算两圆柱体结合面的法向接触刚度,在前期研究成果的基础上,将法向接触刚度分形模型进行合理的扩充,建立两圆柱体结合面的法向接触刚度模型,该模型能正确地反映分形维数、表面粗糙度幅值、材料特性参数和圆柱体半径等参数对法向接触刚度的影响.由模型的仿真结果表明,随着分形维数、材料的特性参数、圆柱体半径的增加,表面粗糙度幅值参数的减小,法向接触刚度增加.另外,两圆柱内接触的法向刚度大于外接触时的法向接触刚度.该模型的建立为后续进行齿轮或圆柱轴承的法向接触刚度计算奠定了基础,对接触动力学研究有了新的理论补充.     

考虑接触参数与摩擦生热交互影响的高速角接触球轴承温升预测研究

为精确预测高速角接触球轴承在实际工况下的温升,通过对角接触球轴承的生热机理分析,提出一种考虑接触参数与摩擦生热交互影响的高速角接触球轴承温升预测方法.利用Abaqus有限元软件脚本接口技术,自主编制Python脚本程序,实时提取受载的角接触轴承的接触参数为初始量,计算轴承摩擦生热量,将其作为时变热载荷,加载至有限元模型上,求解在径向载荷和转速作用下的高速角接触球轴承温升,得到接触参数、摩擦生热量、温升之间的相互影响关系,最后采用轴承温升实验对数值模拟结果进行验证.结果表明:考虑接触参数与摩擦生热交互影响下的高速角接触球轴承温升预测方法更符合实际工况.     

轮轨接触应力数值计算方法

为了得到轮轨接触应力较精确的数值解,分别采用Hertz接触理论模型、传统有限元模型及改进有限元模型求解轮轨接触应力,并从计算精度和计算时间方面对3种模型进行了比较.结果表明,有限元模型较Hertz接触理论模型更能反映轮轨接触的实际情况,改进的有限元模型在允许的计算精度范围内可以大大提高计算效率;轮轨最大接触应力发生在轮轨表面以下约2.5 mm的位置,呈弧形分布,并随轴重的增加而增大,高应力区宽度增大,离初始接触位置一定距离处的钢轨表面出现高应力区.     

齿轮的精确建模及其接触应力有限元分析

该文首先在软件UG中运用齿轮精确建模的方法生成一对啮合齿轮,然后利用UG与ANSYS之间的良好数据交换接 口,将模型导入ANSYS,并用有限元法计算其接触应力,从而实现CAD与CAE的一体化。     

风电增速齿轮三维参数化建模与接触强度分析

首先基于Pro/Program的参数化设计方法精确地建立风电增速齿轮模型,在此基础上采用有限元法对风电增速齿轮作接触应力分析和赫兹理论计算,并把FEM计算结果与赫兹计算结果对比以确定数值分析在风电齿轮接触分析中的适用性,最后得到相应分析结论,进而为齿轮的优化设计和分析提供了有效的理论依据。     

Predicting Material Performance in Rolling Contact Fatigue via Torsional Fatigue

Abstract

Evaluating new materials for rolling element bearings (REBs) is an expensive, time-consuming, and difficult process. This work presents a continuum damage mechanics (CDM)-based finite element model (FEM) that incorporates gradual material degradation under cyclic loading and discrete material representation to predict rolling contact fatigue (RCF) failure. The fully reversed orthogonal shear stress was considered the critical stress for the CDM RCF modeling. Torsional fatigue results available from the open literature were used to determine the critical parameters for CDM FEM. In contrast to previous modeling approaches, in this investigation the CDM material parameters were considered probabilistic in nature to represent variations in material strength or resistance to fatigue. This modification to the modeling procedure resulted in RCF life predictions that capture life scatter characteristic of the RCF phenomena for REBs. Based on the model results, a fatigue life equation was developed to corroborate the Lundberg and Palmgren (LP) theory. The results obtained from the predictive life equation generated from the CDM-based FEM using material parameters obtained from torsional fatigue results are in good agreement with the LP model.     

RADIOSS非线性准静态接触分析研究

对经典接触计算方法与有限元接触问题计算方法进行了对比研究。经典的计算方法结果精确,计算简单,但是应用的范围有限;有限元法相对复杂,但是应用的范围很广泛。利用HYPERWORKS平台,对经典的赫兹接触实例进行了隐式非线性准静态分析。得到的数值解与赫兹理论的解析解作对比,发现RADIOSS求解器能够较好地模拟接触问题,验证了有限元法计算接触问题的结果是完全正确的。     

An analysis of three-dimensional elasto-plastic sinusoidal contact

Researchers have developed many models to simulate the elasto-plastic contact of spheres. However, there does not appear to exist a closed-form analytical model for elasto-plastic three-dimensional sinusoidal contact. This work uses a finite element model (FEM) to characterize elasto-plastic sinusoidal contact. Although at initial contact the sphere and sinusoidal case are very similar and can both be described by the classic elastic Hertz contact case, once the contact is pressed past a certain range of deformation the two cases are very different. The model produces equations which can be used to approximately relate the area of contact to the contact pressure for elasto-plastic sinusoidal contact. The equations are fit to the FEM results and existing elastic solutions of sinusoidal contact. An empirical expression for the average pressure which causes complete contact between elasto-plastic sinusoidal contacts is also provided.     

气缸密封性能的非线性接触分析

针对某高功率密度柴油机的气缸盖-气缸垫-气缸套-机体密封系统,建立装配体的有限元三维模型。采用非线性接触分析法,研究发动机功率密度提升后,在预紧工况下气缸垫参数设置对气缸密封仿真计算的影响,对气缸垫密封面的接触应力进行有限元分析,对结构的密封性能通过静态面压试验进行评价。结果表明:采用非线性接触边界条件进行有限元分析,更能体现气缸盖、气缸垫与机体接触面的真实应力,因此非线性接触分析法是研究气缸密封的一种有效途径。     

Contact simulation for predicting surface topography in metal forming

A surface contact model that takes account of flattening, roughening and tool elastic microwedge effects on workpiece surface is developed. The model can be implemented in FEM codes to predict the final surface qualities of the products in metal forming. As an example, the proposed model has been combined with a membrane finite element code of sheet metal forming process to predict the contact area ratio, surface roughness and mean asperity spacing. Numerical results showed good agreement with the experiments.     

基于接触有限元的齿轮-转子系统动态特性分析

考虑齿轮-转子系统各部件的弹性,基于接触有限元理论提出一种能够高保真模拟齿轮副连续啮合过程的动态特性分析方法。该方法利用实体有限元进行系统建模,可体现各部件的结构特征;基于接触有限元进行啮合过程仿真,可模拟系统的时变刚度、啮合冲击等真实激励进而得到全面准确的响应信息。以一直齿轮-转子系统为例进行啮合过程的数值仿真,利用中心差分法求得系统各动力学参量在时域上的响应,通过中心距偏差、动态传递误差、动态接触力等参数分析系统的弯曲振动、扭转振动、齿轮副的啮合特性及其耦合关系。研究结果表明：考虑各部件尤其是转子的弹性后,系统的非线性振动特性显著,齿轮副啮合存在明显的双边冲击及脱啮现象。     

三维螺旋齿廓曲面接触强度计算模型

从三维螺旋齿廓曲面的形成得到接触强度计算模型。介绍改进的有限元齿廓曲面接触强度计算法,包括改进的计算方法、确定产生最大接触应力时啮合位置的方法等。提出计入齿面接触载荷非线性及啮合齿对数发生变化时的斜齿轮三维强度有限元建模方法及程序,给出应用实例。该方法使齿面接触强度计算更接近工况。此方法还可应用于圆柱螺旋齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等传动接触强度的计算。